振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)
振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)是是磁學(xué)測量手段中靈敏度高、功能最完善的一種先進(jìn)的測試技術(shù)，在凝聚態(tài)物理、磁性材料物性測量等科學(xué)研究領(lǐng)域以及計(jì)量測試中發(fā)揮著重要的作用。
該儀器設(shè)計(jì)原理也是基于電磁感應(yīng)定律，但與一般的感應(yīng)法不同，不用對感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行積分，從而避免了積分過程中的信號(hào)漂移。由于獲得的感應(yīng)信號(hào)較弱，所以該儀器采用的信號(hào)檢測手段中了涉及到噪聲與弱信號(hào)檢測、鎖相放大技術(shù)等內(nèi)容。噪聲是由電荷熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的隨機(jī)變化的電壓和電流，只能設(shè)法減小而不能完全消除。若信號(hào)深埋在噪聲中將很難被測量，提高測量儀器的測量靈敏度就是抑制噪聲的過程。鎖相放大器(lock-in. Amplifier 簡稱LIA)是弱信號(hào)檢測儀器，可以檢測淹沒在噪聲中的微弱信號(hào)，有極強(qiáng)的抑制和噪聲干擾能力，有極高的靈敏度，可測量毫微伏量級(jí)的微弱信號(hào)。振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)使用同一信號(hào)源既用于驅(qū)動(dòng)樣品振動(dòng)，又作為相敏檢波的參考信號(hào)，很容易實(shí)現(xiàn)頻率和相位的鎖定，是鎖相放大技術(shù)的經(jīng)典應(yīng)用。
所以，非常有必要將VSM這一先進(jìn)技術(shù)引入到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。
目前振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)磁矩測量靈敏度很高，商業(yè)產(chǎn)品已達(dá)到10-10Am2，是磁學(xué)科研中最常使用的儀器。但商品級(jí)振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)價(jià)格較高，國外公司如Lakeshore和ADE等公司的產(chǎn)品生產(chǎn)的VSM 售價(jià)超過百萬，國內(nèi)生產(chǎn)的VSM 售價(jià)也在幾十萬元，不可能作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器使用。
我們研制的教學(xué)用的振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)，技術(shù)指標(biāo)略低(靈敏度為10-7Am2)，但設(shè)計(jì)原理和功能與商品級(jí)產(chǎn)品相差不大，其中弱信號(hào)檢測核心技術(shù)——鎖相電路是我們自行設(shè)計(jì)研制，整套儀器成本顯著降低，適合作為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器使用。從樣機(jī)投入教學(xué)實(shí)踐后，我們又對儀器進(jìn)行了多處升級(jí)改造，如增加了穩(wěn)幅功能，同時(shí)為了學(xué)生學(xué)習(xí)鎖相放大技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，本儀器又增加了一些商品級(jí)振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)沒有提供的功能，如相敏檢波的位相調(diào)節(jié)等，整機(jī)性能更加趨于穩(wěn)定。
利用本儀器，可以為學(xué)生開設(shè)以下方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容：
1.磁學(xué)基本知識(shí);
2.噪聲、弱信號(hào)檢測基本知識(shí);
3.鎖相放大技術(shù);
4.振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)原理與使用方法、定標(biāo)、鞍區(qū)調(diào)整及退磁因子修正;
5. 鐵、鎳、鐵氧體等材料的磁化曲線、磁滯回線、軟磁和永磁靜態(tài)參數(shù)測量。
本儀器從2007年開始在近代物理實(shí)驗(yàn)課程中使用，至今已有7年時(shí)間，教學(xué)效果良好，非常適合近代物理實(shí)驗(yàn)，尤其是進(jìn)行研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。2008年在復(fù)旦大學(xué)舉行的第五屆全國高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會(huì)的儀器評比中，本儀器獲得了一等獎(jiǎng)，2010年又獲得了吉林大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)成果一等獎(jiǎng)。圍繞該儀器，發(fā)表了1篇教學(xué)論文，實(shí)驗(yàn)講義寫入了2007年出版的《新版近代物理實(shí)驗(yàn)》(科學(xué)出版社，十一五規(guī)劃教材)。
作品名稱：振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)
學(xué)校或單位：吉林大學(xué)物理學(xué)院
